CN115361666A - 一种具备惯导功能的智能obu装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及车路协同技术领域中一种具备惯导功能的智能OBU装置，主要由V2X子***、综合接入子***组成和惯导子***组成，V2X子***用于与路侧RSU进行通信，V2X子***接收RSU下发的广播信息，车辆可根据RSU广播消息，对车辆后续动作提前做出准备，提升交通智能化；同时OBU将车辆基础安全消息(BSM)通过RSU发送到数据中心，数据中心将根据每个车辆上报的BSM，调整车辆所在路段的RSU广播消息。综合接入子***用于多媒体的数据传输通道，可用作车内网关，实现车内音视频传输、车辆OTA升级等功能。惯导子***作为OBU定位***的辅助***，在无法使用GNSS进行定位的情况下，为整个OBU***获取较精准的车辆定位和姿态。本发明可以解决车路协同建设中组网及设备定位的问题。

Description

一种具备惯导功能的智能OBU装置
技术领域
本发明公开了一种具备惯导功能的智能OBU装置，涉及车路协同技术领域，尤其涉及一种具备惯导、V2X和网络接入功能的智能OBU装置。
背景技术
车路协同OBU设备是车路协同***用于实现车路通信的关键设备。
车路协同***是智能车路协同***(IVICS)的简称，采用先进的无线通信和新一代互联网等技术，全方位实施车车、车路动态实时信息交互，并在全时空动态交通信息采集与融合的基础上开展车辆主动安全控制和道路协同管理，充分实现人车路的有效协同，保证交通安全，提高通行效率，从而形成的安全、高效和环保的道路交通***，是智能交通***(ITS)的最新发展方向。
车路协同是自动驾驶商业化的前提又是《交通强国建设纲要》任务目标之一还是“新基建”中融合型智能交通基础设施的组成部分，可以有效支撑传统基础设施的转型升级。
车路协同***的需要增加较多的智能化设备，4G/5G网络主要由移动运营商负责，新增的智能设备需要接入4G/5G网络时都必需单独的运营商账户，势必会增加大量的运营费用；在***新建或者改造的过程中存在原有基础设施不足或者无法覆盖的情况。
发明内容
本发明提供了一种具备惯导功能的智能OBU装置，以解决车路协同建设中组网及设备定位的问题。
本发明采用的技术方案为：
一种具备惯导功能的智能OBU装置，其特征在于，包括V2X子***、综合接入子***和惯导子***；
V2X子***用于与路侧智能RSU装置进行通信，接收智能RSU装置下发的V2X广播信息，进行协议解析、验签和增强后发送给车辆；还用于通过CAN总线接收车辆基础安全消息，进行增强和签名加密后发送到路侧智能RSU装置；还用于接收来自综合接入子***的OTA数据进行自身升级；其中，V2X广播信息包括道路事件、信号灯、道路感知和地图，车辆基础安全消息包括车辆位置、速度和故障灯信息；
综合接入子***通过运营商的无线覆盖网络连接到数据中心，从数据中心获取车辆的OTA数据和智能OBU设备的OTA数据，将车辆的OTA数据传到车辆进行远程升级，并对智能OBU设备的OTA数据进行识别，若为本子***的OTA数据，则直接对本子***进行升级，若为V2X子***的OTA数据，则发送到V2X子***；同时，通过运营商的无线网络连接到互联网，从互联网获取用户请求的多媒体数据，传输到车辆；
惯导子***用于通过天线接收高精度定位信息，同时从车辆获取车速和车辆姿态信息，在失去GNSS信号情况下，根据最后一个GNSS位置信息，综合车速和车辆姿态信息，计算当前车辆位置信息，将当前车辆位置信息传输给车辆。
进一步的，V2X子***包括V2X协议栈、第一通信模块、SOC通信接口和CAN通信模块，V2X协议栈包括V2X接入层模块、V2X网络层模块、数据编解码模块、安全应用模块、广播控制模块、本地计算模块；
数据接收过程：第一通信模块用于接收智能RSU装置发出的V2X广播信息，并发送到V2X协议栈；V2X协议栈中的V2X接入层模块和V2X网络层模块分别依次用于将V2X广播信息进行相应的协议解析，解析后的数据发送到数据编解码模块；数据编解码模块用于调用安全应用模块，对数据进行验签并生成安全消息，并对安全消息进行解码，然后发送到本地计算模块；本地计算模块用于根据V2X增强算法对接收的数据进行处理，处理后的V2X数据通过CAN通信模块发送给车辆；同时，当OTA升级数据有效时，SOC通信接口接收来自综合接入子***的OTA升级数据，对V2X子***中的第一通信模块和V2X协议栈中各模块进行OTA升级；
数据发送过程：通过CAN通信模块从车辆接收车辆BSM消息，发送到本地计算模块，本地计算模块用于根据V2X增强算法对车辆基础安全消息进行处理，将处理后的数据发送到广播控制模块；广播控制模块用于将本地计算模块送过来的消息进行周期复制，产生周期性广播消息，并发送到数据编解码模块；数据编解码模块用于对接收的数据进行编码后调用安全应用模块对消息进行签名加密，加密后的数据依次经过V2X网络层模块和V2X接入层模块进行协议封装，封装后的数据发送给第一通信模块；第一通信模块用于将接收的数据转发到路侧智能RSU装置；另一方面，V2X子***中本地计算模块将从CAN通信模块获取的车辆BSM数据发送到SOC通信接口，通过SOC通信接口发送到综合接入子***。
进一步的，综合接入子***包括第二通信模块、SOC和ETH通信模块，SOC包括***接入层模块、***网络层模块、接收处理模块、发送处理模块、***管理模块、设备管理模块以及V2X子***通信接口；
第二通信模块用于从互联网获取用户请求的多媒体数据以及数据中心下发给车辆的OTA数据和下发给智能OBU装置的OTA数据，然后依次经过***接入层模块和***网络层模块发送到接收处理模块；接收处理模块用于对接收到数据的目标地址进行判别，将数据与目标地址匹配后发送到***管理模块；***管理模块用于根据预设的地址对数据进行分组，当数据的目的地址是本子***时，将本子***的OTA数据传输到设备管理模块，当数据的目标是V2X子***时，将V2X子***的OTA升级数据通过V2X子***通信接口发送给V2X子***，当数据的目标是车辆时，将车辆的OTA数据和多媒体数据转发到ETH通信模块；设备管理模块用于将OTA数据拆包后，直接对本子***各模块进行升级；发送处理模块用于将接收的数据发送到***网络层模块，后经***接入层模块将数据通过以太网口发送到车辆；另一方面，V2X子***通信接口接收V2X子***送来的车辆BSM信息，通过***管理模块判断数据流向，经过发送处理模块送入***网络层模块，在***网络层模块进行打包后，通过***接入层模块通过运营商网络发送到数据中心。
进一步的，惯导子***包括射频放大器、信号处理SOC和CAN通信模块；
射频放大器为低噪声放大设计，用于将GNSS信号进行放大；
信号处理SOC用于解析通过射频放大电路放大的GNSS信号，综合从车辆读取的BSM消息，计算当前车辆位置信息生成惯导信息。
CAN通信模块用于接收车辆发送的BSM消息发送到信号处理SOC进行运算，得到车辆惯导消息，同时接收信号处理SOC计算的惯导消息发送到车辆。
进一步的，所述V2X子***还包括HSM加密模块，HSM加密模块与安全应用模块通信；V2X子***通过安全应用模块调用HSM加密模块实现对数据的硬件加密。
进一步的，一种具备惯导功能的智能OBU装置还包括：射频电路，所述射频电路用于连接和匹配第一通信模块和第二通信模块与对应的外部天线。
进一步的，一种具备惯导功能的智能OBU装置还包括电源管理***，所述电源管理***与SOC之间通过控制信号连接，进行供电和供电管理。
进一步的，通过CAN总线与以太网和车辆连接，OBU通过CAN总线获取车辆相关BSM，通过V2X子***发送到路侧通信***；OBU通过以太网连接到车辆，以综合接入子***作为网关，可以获取车辆OTA升级包和多媒体数据，通过以太网传输到车辆。
进一步的，所述5G通信链路包含5G应用服务器以及完成链路传输所必需的基站和核心网。
本发明具有以下优点：
1、本发明可以解决车辆与只能路侧通信设备的通信问题，提供车辆基础安全信息上报给路侧通信设备，供车路协同中心进行智慧交通研判。
2、本发明在车辆丢失GNSS信号情况下，实现车辆在40km/h时速以下，在行驶距离300m以内，定位精度不大于1m，提升车辆驶入无GNSS信号区域后上报位置信息的准确性。
附图说明
图1是本发明提供一种具备惯导功能的智能OBU装置的示意图；
图2是本发明中智能OBU装置的结构示意图；
图3是本发明中V2X协议栈数据收发示意图；
图4是本发明中SOC的软件结构示意图
具体实施方式
下面结合附图介绍本发明实施例的实现方式。
图1为本发明提供一种具备惯导功能的智能OBU装置的示意图，图中智能OBU装置中，V2X子***与智能RSU装置通信，智能OBU装置发送车辆BSM消息到RSU，通过智能RSU装置的有线或无线链路，将车辆BSM消息发送到数据中心。同时，智能OBU装置接收中心通过智能RSU装置发出的RSI等消息。综合接入子***为车辆提供网关，可接收从车辆厂家发送的OTA数据和互联网多媒体数据，为车辆进行本地升级，和为内司乘人员提供无线网络接入。惯导子***接收GNSS数据，同时从车辆获取速度和姿态信息，在无GNSS环境下根据车速和姿态计算车辆位置，为车辆提供高精度位置信息。
图2为本发明提供的一种智能RSU装置的结构示意图，主要由V2X子***、综合接入子***和惯导子***组成。V2X子***通过第一通信模块实现V2X通信数据收发，在AP中实现V2X协议栈、V2X应用以及数据的本地处理；V2X子***与综合接入子***组之间可以通过外部接口连接；相应的在AP和SOC中包含相应的软件外部接口；
V2X子***用于广播车辆的V2X数据，V2X子***接收车辆的BSM消息，处理后生成的广播数据发送给路侧设备；
综合接入子***组主要实现5G通信数据、网络通信数据和V2X数据的路由交换，上述数据的通信通过通信模块2实现。
图3为本发明实施里V2X协议栈中的数据收发结构框图；
V2X子***包括V2X协议栈、第一通信模块、SOC通信接口和CAN通信模块，V2X协议栈包括V2X接入层模块、V2X网络层模块、数据编解码模块、安全应用模块、广播控制模块、本地计算模块；
数据接收过程：第一通信模块用于接收智能RSU装置发出的V2X广播信息，并发送到V2X协议栈；V2X协议栈中的V2X接入层模块和V2X网络层模块分别依次用于将V2X广播信息进行相应的协议解析，解析后的数据发送到数据编解码模块；数据编解码模块用于调用安全应用模块，对数据进行验签并生成安全消息，并对安全消息进行解码，然后发送到本地计算模块；本地计算模块用于根据V2X增强算法对接收的数据进行处理，处理后的V2X数据通过CAN通信模块发送给车辆；同时，当OTA升级数据有效时，SOC通信接口接收来自综合接入子***的OTA升级数据，对V2X子***中的第一通信模块和V2X协议栈中各模块进行OTA升级；
数据发送过程：通过CAN通信模块从车辆接收车辆BSM消息，发送到本地计算模块，本地计算模块用于根据V2X增强算法对车辆基础安全消息进行处理，将处理后的数据发送到广播控制模块；广播控制模块用于将本地计算模块送过来的消息进行周期复制，产生周期性广播消息，并发送到数据编解码模块；数据编解码模块用于对接收的数据进行编码后调用安全应用模块对消息进行签名加密，加密后的数据依次经过V2X网络层模块和V2X接入层模块进行协议封装，封装后的数据发送给第一通信模块；第一通信模块用于将接收的数据转发到路侧智能RSU装置；另一方面，V2X子***中本地计算模块将从CAN通信模块获取的车辆BSM数据发送到SOC通信接口，通过SOC通信接口发送到综合接入子***。
图4是SOC中数据转发结构框图，通信协议栈包括***接入层和***网络层，具备分别支持5G、以太网的相应子模块，实现协议的封装和解析；
综合接入子***包括第二通信模块、SOC和ETH通信模块，SOC包括***接入层模块、***网络层模块、接收处理模块、发送处理模块、***管理模块、设备管理模块以及V2X子***通信接口；
第二通信模块用于从互联网获取用户请求的多媒体数据以及数据中心下发给车辆的OTA数据和下发给智能OBU装置的OTA数据，然后依次经过***接入层模块和***网络层模块发送到接收处理模块；接收处理模块用于对接收到数据的目标地址进行判别，将数据与目标地址匹配后发送到***管理模块；***管理模块用于根据预设的地址对数据进行分组，当数据的目的地址是本子***时，将本子***的OTA数据传输到设备管理模块，当数据的目标是V2X子***时，将V2X子***的OTA升级数据通过V2X子***通信接口发送给V2X子***，当数据的目标是车辆时，将车辆的OTA数据和多媒体数据转发到ETH通信模块；设备管理模块用于将OTA数据拆包后，直接对本子***各模块进行升级；发送处理模块用于将接收的数据发送到***网络层模块，后经***接入层模块将数据通过以太网口发送到车辆；另一方面，V2X子***通信接口接收V2X子***送来的车辆BSM信息，通过***管理模块判断数据流向，经过发送处理模块送入***网络层模块，在***网络层模块进行打包后，通过***接入层模块通过运营商网络发送到数据中心。
本实施例中的天线包括V2X天线、5G天线、GNSS天线，其中5G天线兼容4G天线；天线通过射频电路与对应的模块连接，射频电路除了实现对应的电连接之外还具备放大电路；
以上所述，仅为本发明的一种具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种具备惯导功能的智能OBU装置，其特征在于，包括V2X子***、综合接入子***和惯导子***；
V2X子***用于与路侧智能RSU装置进行通信，接收智能RSU装置下发的V2X广播信息，进行协议解析、验签和增强后发送给车辆；还用于通过CAN总线接收车辆基础安全消息，进行增强和签名加密后发送到路侧智能RSU装置；还用于接收来自综合接入子***的OTA数据进行自身升级；其中，V2X广播信息包括道路事件、信号灯、道路感知和地图，车辆基础安全消息包括车辆位置、速度和故障灯信息；
综合接入子***通过运营商的无线覆盖网络连接到数据中心，从数据中心获取车辆的OTA数据和智能OBU设备的OTA数据，将车辆的OTA数据传到车辆进行远程升级，并对智能OBU设备的OTA数据进行识别，若为本子***的OTA数据，则直接对本子***进行升级，若为V2X子***的OTA数据，则发送到V2X子***；同时，通过运营商的无线网络连接到互联网，从互联网获取用户请求的多媒体数据，传输到车辆；
惯导子***用于通过天线接收高精度定位信息，同时从车辆获取车速和车辆姿态信息，在失去GNSS信号情况下，根据最后一个GNSS位置信息，综合车速和车辆姿态信息，计算当前车辆位置信息，将当前车辆位置信息传输给车辆。
2.根据权利要求1所述的具备惯导功能的智能OBU装置，其特征在于，V2X子***包括V2X协议栈、第一通信模块、SOC通信接口和CAN通信模块，V2X协议栈包括V2X接入层模块、V2X网络层模块、数据编解码模块、安全应用模块、广播控制模块、本地计算模块；
数据接收过程：第一通信模块用于接收智能RSU装置发出的V2X广播信息，并发送到V2X协议栈；V2X协议栈中的V2X接入层模块和V2X网络层模块分别依次用于将V2X广播信息进行相应的协议解析，解析后的数据发送到数据编解码模块；数据编解码模块用于调用安全应用模块，对数据进行验签并生成安全消息，并对安全消息进行解码，然后发送到本地计算模块；本地计算模块用于根据V2X增强算法对接收的数据进行处理，处理后的V2X数据通过CAN通信模块发送给车辆；同时，当OTA升级数据有效时，SOC通信接口接收来自综合接入子***的OTA升级数据，对V2X子***中的第一通信模块和V2X协议栈中各模块进行OTA升级；
数据发送过程：通过CAN通信模块从车辆接收车辆BSM消息，发送到本地计算模块，本地计算模块用于根据V2X增强算法对车辆基础安全消息进行处理，将处理后的数据发送到广播控制模块；广播控制模块用于将本地计算模块送过来的消息进行周期复制，产生周期性广播消息，并发送到数据编解码模块；数据编解码模块用于对接收的数据进行编码后调用安全应用模块对消息进行签名加密，加密后的数据依次经过V2X网络层模块和V2X接入层模块进行协议封装，封装后的数据发送给第一通信模块；第一通信模块用于将接收的数据转发到路侧智能RSU装置；另一方面，V2X子***中本地计算模块将从CAN通信模块获取的车辆BSM数据发送到SOC通信接口，通过SOC通信接口发送到综合接入子***。
3.根据权利要求2所述的具备惯导功能的智能OBU装置，其特征在于，综合接入子***包括第二通信模块、SOC和ETH通信模块，SOC包括***接入层模块、***网络层模块、接收处理模块、发送处理模块、***管理模块、设备管理模块以及V2X子***通信接口；
第二通信模块用于从互联网获取用户请求的多媒体数据以及数据中心下发给车辆的OTA数据和下发给智能OBU装置的OTA数据，然后依次经过***接入层模块和***网络层模块发送到接收处理模块；接收处理模块用于对接收到数据的目标地址进行判别，将数据与目标地址匹配后发送到***管理模块；***管理模块用于根据预设的地址对数据进行分组，当数据的目的地址是本子***时，将本子***的OTA数据传输到设备管理模块，当数据的目标是V2X子***时，将V2X子***的OTA升级数据通过V2X子***通信接口发送给V2X子***，当数据的目标是车辆时，将车辆的OTA数据和多媒体数据转发到ETH通信模块；设备管理模块用于将OTA数据拆包后，直接对本子***各模块进行升级；发送处理模块用于将接收的数据发送到***网络层模块，后经***接入层模块将数据通过以太网口发送到车辆；另一方面，V2X子***通信接口接收V2X子***送来的车辆BSM信息，通过***管理模块判断数据流向，经过发送处理模块送入***网络层模块，在***网络层模块进行打包后，通过***接入层模块通过运营商网络发送到数据中心。
4.根据权利要求1所述的具备惯导功能的智能OBU装置，其特征在于，惯导子***包括射频放大器、信号处理SOC和CAN通信模块；
射频放大器为低噪声放大设计，用于将GNSS信号进行放大；
信号处理SOC用于解析通过射频放大电路放大的GNSS信号，综合从车辆读取的BSM消息，计算当前车辆位置信息生成惯导信息；
CAN通信模块用于接收车辆发送的BSM消息发送到信号处理SOC进行运算，得到车辆惯导消息，同时接收信号处理SOC计算的惯导消息发送到车辆。
5.根据权利要求1所述的具备惯导功能的智能OBU装置，其特征在于，所述V2X子***还包括HSM加密模块，HSM加密模块与安全应用模块通信；V2X子***通过安全应用模块调用HSM加密模块实现对数据的硬件加密。
6.根据权利要求3所述的具备惯导功能的智能OBU装置，其特征在于，还包括：射频电路，所述射频电路用于连接和匹配第一通信模块和第二通信模块与对应的外部天线。
7.根据权利要求3所述的具备惯导功能的智能OBU装置，其特征在于，还包括电源管理***，所述电源管理***与SOC之间通过控制信号连接，进行供电和供电管理。
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